微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 研发问答 > 微波和射频技术 > EMC电磁兼容设计学习交流 > 电流声产生的根本原理是什么?

电流声产生的根本原理是什么?

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
经常遇到打电话或来电的瞬间,电视机、电脑音箱等设备会发出滋啦兹啦的声音,通俗讲应该就叫电流声。大概原理我知道是GSM900高频电磁波辐射到了audio line中,而且这个900M信号是以217hz的开关频率辐射的。请问如果这个900M的信号辐射到audio line中以后是如何让喇叭发出声音的?求解。

GSM900M的高频信号个人认为本身是不能让喇叭发出声音的,因为频率不再20K的声音频率内。既然900M不能让其发声,那让其以217HZ的间歇频率发射就能让喇叭发出声音吗?十分不解。

TDMA干扰
也叫TDMA noise。217HZ來自射頻部分。當射頻功放激活後,它根據所選的信道在每個4.615ms的八分之一時間里生成900M或1800M的信號。4.615Ms所對應的(1/4.615ms)216.684HZ能通過多種方式傳到音頻部分。
    1.通過電源
    2.通過主板上的不同路逕耦合
    3.通過射頻接口(比如天綫耦合到mic)
这种干扰是空间辐射的,所以在板上以共模方式传播,通过上述途径,进入音频电路前端,再由运放放大后输出到喇叭被大家所听到。
前两年苹果产品MFI认证 都要测试TDMA noise,是最麻烦的项目,很多时候和layout关系密切。

噪声,相关性和(电磁)兼容行的问题,在系统可靠性最眼中的问题。这就是为什么飞机上不能打手机了。

你讲的这些我也知道,其实我不明白的是,我们假设一下,假如在8个时隙内PA不停止的发射,也就是说GSM900持续辐射,而且功率以最大2W发射,那么还会不会产生人耳能听见的干扰声?如果答案是否定的,那么让其以217hz频率开关辐射就会有干扰声吗?为什么?这是我不理解的地方。其内部机理是什么?

针对你的第一个问题:
1、你的假如无法成立,因为通讯系统发展到今天规范,无法更改;所以现有产品都无可避免的存在TDMA干扰;
2、我觉得你并没有理解TDMA Nosie 这个概念,你也提及“8个时隙内PA不停止的发射”,为什么不用一个时隙发呢?
你听到的不是900MHz的的频率,你听到的是217Hz以及倍频(你可以做实验,用音频分析仪 FFT功能,测量你听到的噪声频率)。
217Hz体现的是一个“变化率”。
举个简单例子,你用信号发生器产生1MHz频率阻容耦合运放后给喇叭,你是听不到这个1MHz的。甚至你用示波器都量不到(因为音频电路RC滤波有截至频率20kHz),但是,如果你以217Hz频率打开/关闭信号发生器,你会听到什么?再或者,以217Hz频率调频1MHz,或者以217Hz调幅1MHz。结果是你都会听到或者测量到这个217Hz的噪声甚至是POP声。总而言之,就是217Hz这个变化量可以耦合到你音频通路里面。而不是900MHz 1800MHz 等等
上面的理解了,那么你的第二个疑问,是肯定的。这就是D类功放或者数字功放的工作方式,以开关频率驱动音频系统。

根据你的理解,导致喇叭产生电流音的原因是因为高频电磁波在以217hz的开关频率工作,这个217hz的开关频率(或者说你说的变化率)直接作用到了音频负载上,从而产生声音,这个宏观理论乍一看很合理,因为这个变化率或者其倍频在声音的频率范围内,所以产生了噪声。但是,如果我们从喇叭的内部原理去分析的话,貌似就不是这么回事了。首先,我们知道喇叭的铜线圈在1/8时隙,即577us时间内是以900M/1800M的高频率在上下振动,之所以会上下振动是因为流过的是交变电流,使得振膜的移动方向在来回发生变化,从推动空气产生声波,这一点你应该认同吧?只是这个振动频率太高,超出人耳感知范围。 那么,如果产生了人耳能感知到的声音,这个振膜必定在以声音的频率在来回振动,也就是铜线圈上的电流在以20k以内的频率,在发生方向的变化(请问这点是否认同?),即20k内的交变信号。敢问,你的217hz是交变信号的频率吗?它只是发射/停止这么一个开关的动作,这就是我纠结的原因。根据你的理论,这样一个发射/停止的一个非交变频率,也能让喇叭发声,能不能详解一下其内部发声原理?

我提两个思考:
1、我们一般音频功放输出幅度多少-----2W?20W?40W,你这算下dBm对照射频功率
2、我们GSM射频信号的一般最大发射功率多少-----35dBm;
如此微弱的射频信号能被喇叭发出来?只有一种可能,射频信号耦合到了 【运放的】或者说音频系统的 前端。这是我前文反复说明的。
我帮你搭了电路加以说明:
1、电容C1 耦合了一个100kHz 500mV的信号,模拟GSM载波信号。
2、用一个MOS管,对其G极增加一个217Hz 方波信号, 幅度0~5V,输出端在通过C2耦合输出。
3、C2之后是一个RC滤波,截至频率<20kHz,然后进入运放,放大输出。
波形我已经截出来,MOS管开关模拟的就是TDMA切换信道的过程,为了便于理解我用了方波,而耦合方式我用了电容。实际现场应该是空间电磁辐射以及线路的串扰。
MOS管栅极的217Hz控制了MOS管开关,C2的输出是仿真图1 的蓝色线。(可以看到其有217Hz的包络);而经过RC滤波网络后,载波100kHz频率被基本过滤掉,仿真图2绿色是进入运放信号,红线是放大后输出信号,再被功放放大,输出给你的喇叭,你不就听到了么?


多谢耐心详细的解答,理论及实践都很强大。针对你提的思考,我来回答一下,对于我们普通音箱或者电视的音频功放输出功率据我了解在5W到十几W的样子,GSM射频功率最大为2W(900频段PCL=5的情况下,P=33dbm),也是目前移动通信协议最大的输出功率。当然辐射到音频线路上时肯定没有这么大,会衰减一部分,需要经过运放来放大,才能产生人耳能听见的噪声。实际做了下实验,对这个问题有了进一步认知,也纠正了之前的一些错误。在此澄清一下,并提出一些疑问,还请指教。
1. 之前不理解的是217Hz的方波也能让喇叭发出声音,当时从喇叭的内部原理去分析,认为必须要是交流信号才可以,这个理解是错误的,其实在开和关的瞬间喇叭也能发声。喇叭的振膜在高电平时鼓起,低电平时会归位,因而也能产生啪啪声。

2. 既然是217hz的方波使其发出噪声,那这个噪声不知道是否可以滤除,另外我发现目前所有的智能手机(小编从事的手机行业)电路几乎都采用了在靠近负载端加放EMI器件,比如差分走线上的33pf旁路电容。从217hz角度考虑,TDD noise跟高频本身是没有关系的,十分不理解这个33pf到底有什么用处?33pf只能滤除高频信号,但是217hz会依然存在,请问对此有何看法?
3. 目前应对TDD noise主要有什么措施?谢谢。

从我之前车载AVN产品处理TDMA Nosie来看,手机干扰音响系统路径有两个
1、空间辐射
2、传导辐射
我们是用CMU200连接手机测试,用频谱仪测量功放输出端这个TDMA干扰,结果发现,这个217Hz频点极其1、3、5倍频幅度都是很强大的。而且传导辐射程度40%左右,空间辐射干扰大概占比60%
对于这个噪声,几乎只能改善达标,无法根除,从整改过程来看,对于传导这部分基本是没有招数的,其主要通过电源和地线以共模的方式传递到电路,所以很难抑制,增加EMI器件有效果,但是又会影响ATS电压测试;
而对于空间辐射这部分来看,主要取决于layout。当然因为我们当时的音频电路基本都是标准化的,我们对比过类似的设计,4层板平均比2层板好30%,可惜手头没有当时的测试数据。
最后说这个33pf;
这里又要回到217Hz这个地方,因为GSM通讯调制比较复杂,所以之前我们简单把他理解成217Hz的“开关”,而更准确的说应该是217Hz的“包络”;可以想象成调幅AM的情况,显然这个33pf滤除的包络中的基频。如果基频幅度降低了,自然其包络幅度降低。

多谢指点。这个问题已基本理清了。

nealcc  强大的专业精神

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top